1 方案設計依據和原則

1.1 方案設計依據

   氣動快關蝶閥主要由蝶閥和氣動執行器兩部分組成，用于控制管路的通斷。氣動快關蝶閥系統樣機研制任務根據如下文件提出：

1）  《可靠性保證大鋼》；

2）  《安全性保證大鋼》；

3）  《維修性保證大鋼》。

1.2 方案設計原則

1.2.1 可靠性原則

優先采用成熟性、穩定性優良的技術，在現有成熟產品的基礎上盡量避免進行過多的改動或變動以提高產品的可靠性。產品設計時充分考慮人機適應性，避免人為操作失誤，而影響產品的可靠性。來提高人對產品的使用的可靠性。

1.2.2 安全性原則

充分考慮產品工作過程中可能發生的故障，把安全性設計放在設備設計的更重要位置。應確保單一失效或操作失誤不對產品造成重大的危險。

1.2.3 “四化”原則

    在實際設計中充公落實模塊化、系列化、標準化、通用化的設計思路。最大限度地采用標準件，通用件，減少單一零部件的生產種類，簡化生產工藝，簡化維修過程，提高產品的互換和可維修性。

1.2.4 低成本原則

優先選用民用市場上的主流產品，優先選用通用化、標準化的零部件、元器件，減少外購件和標準件種類規格，降低研制成本。

2 主要設計指標

   任務書規定的快速響應蝶閥系統是0.5S快速關閉蝶閥。具體參數要求見表1（暫定）、表中所列打開關閉時間指氣動控制時的打開關閉時間。

表1快速關閉蝶閥系統參數

   在方案研制過程中，對快速響應蝶閥系統開展了方案設計，對方案的可行性進行了認證，完成了產品的市場調研、閥門和執行器選型、復核驗算等工作。為初階段樣品的方案選擇、研制、生產提供情報了依據。

3 主要技術途徑

3.1 閥門系統方案設計

3.1.1 閥門的選擇

管路中常用的啟閉閥門主要有閘閥、球閥、截止閥、蝶閥等。其中球閥、截止閥主要用于口徑較小的管路，閘閥、蝶閥適應癥較強，可用于大口徑的管路。

閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運動方向與流體方向相垂直，閘閥只能做全開和全關，不能作流量調節和節流。閘閥密封性好，流阻損失小，但其動作時間長（DN350氣動閘閥動作時間需25S以上），外形尺寸大，難以滿足噴水系統快速響應要求。

蝶閥主要應用于大口徑、流阻損失要求不高、需要快速動作等場合，比較接近快速響應閥門的參數要求，根據蝶閥結構形式可分為中線蝶閥，單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥、三偏心蝶閥。

3.1.2 特殊的設計驗算

用三維軟件進行整體結構設計，設計后對各個零部件采用分析軟件進行靜力分析，分析出各零件的應力、應變、位移、變形并形成報告。進行整體裝配，采用CFD流體分析軟件進行動態工況仿真模擬，進行動力分析，分析出各零件的應力、應變、位移、變形并形成報告。和計算結果進行比較，來保證設計的產品符合各種特殊工況的要求。

3.2 執行器的選擇

   執行器分為電動、氣動、液動三種。電動輸出力矩穩定，信號反應時間快，價格便宜，在大扭矩場合容易發生電機過載燒壞的情況，用于大口徑蝶閥時開啟關閉時間大于30s且很難縮短；液壓傳動機構輸出力矩大，傳動平穩、開啟關閉迅速、外形尺寸龐大，維護、維修困難，價格高；氣動機構打開關閉迅速、外形相對較小，維護方便，環境污染小。

氣動執行器分為單作用氣缸和雙作用氣缸兩種，單作用氣缸開關過程中，只有一個活塞受力，其所需氣源壓力高、輸出扭矩相對較小。雙作用氣缸開關過程中，兩邊活塞共同承受氣體作用完成開關動作，所需氣源壓力低、輸出扭矩相對大。（相同尺寸的體和氣源壓力的情況下，雙作用氣缸的輸出力矩是單作用氣缸的2~3倍左右），但外形尺寸較大且價格高。

表4   不同驅動方式的執行器性能比較

注：★為最優，●為次之，▶為較差

3.3 總方案的選擇

    根據快速響應蝶閥系統的特殊要求，快速響應蝶閥系統擬三偏心蝶閥和單作用氣缸執行器組成。蝶閥選型見附件。

4試驗驗證

4.1 試驗驗證

4.1.1 術語 
4.1.2 試驗壓力
    試驗時，閥門內的顯示壓力。
4.1.3 殼體試驗
    對閥體和閥蓋等連接而成的整個閥門外殼進行的壓力試驗。目的是檢驗閥體，包括閥體固定連接處在內的整個殼體的結構強度、耐壓能力和致密性。
4.1.4 密封試驗
   檢驗啟閉件和閥體密封副密封性能的試驗。

4.1.5 試驗介質

用于閥門壓力試驗加壓的液體。

4.1.6 試驗介質溫度

用于閥門壓力試驗加壓的液體的溫度，溫度應在5～40℃范圍內。

4.1.7 試驗持續時間
在試驗壓力下所持續的時間。

4.1.8 試驗項目
4.1.8.1壓力試驗的項目包括：
4.1.8.1.1. 殼體試驗；
4.1.8.1.2. 密封試驗。

4.1.9 試驗要求
4.1.9.1 每臺閥門出廠前均應進行壓力試驗。
4.1.9.2 在殼體試驗完成之前，不允許對閥門涂漆或使用其它防止滲漏的涂層，   但允許進行無密封作用的化學防銹處理。對于已涂過漆的庫存閥門，如果用戶代表要求重做壓力試驗時，則不需除去涂層。
4.1.9.3 密封試驗之前，應除去密封面上的油漬，但允許涂薄層粘度不大于煤油的防護劑。
4.1.9.4 試驗過程中不應使閥門受到可能影響試驗結果的外力。
4.1.10 如無特殊規定，試驗介質的溫度應在5～40℃之間。
4.1.11試驗介質
a. 液體：水(可以加入防銹劑)，煤油或粘度不大于水的其它適宜液體。
4.1.12 在作試驗時，應排除閥門體腔內的氣體。
4.1.12.1 試驗壓力應符合規定。
4.1.1.1 殼體試驗的試驗壓力，試驗介質為液體時，試驗壓力至少是閥門在20℃時允許最大工作壓力的1.5倍。具體數值見附表
4.1.1.2 密封試驗的試驗壓力，試驗介質為液體時，試驗壓力至少是閥門在20℃時允許最大工作壓力的1.1倍。具體數值見附表
4.1.1.3試驗壓力在試驗持續時間內應維持不變。
4.1.13 試驗的持續時間應符合規定。
4.1.1.1 殼體試驗的試驗持續時間見附表。
-13.1.2 密封試驗的試驗持續時間見附表。

4.1.14 試驗方法和步驟
應先進行殼體試驗，然后進行密封試驗。
-14.1.1 殼體試驗
   封閉閥門進口和出口，壓緊填料壓蓋以便保持試驗壓力，閥門處于部分開啟狀態。給體腔充入試驗介質，排出閥門內部的空氣，并逐漸加壓到試驗壓力，按要求保壓，然后對殼體進行檢查。
-14.1.2 密封試驗

封閉閥門的一端，關閉閥門的啟閉件，應按閥門箭頭的方向加壓，給閥體內腔充入試驗介質。試驗時應逐漸加壓到規定的試驗壓力，按要求保壓，然后檢查密封副的密封性能。
4.1.15 評定指標
-15.1.1 殼體試驗
   殼體試驗時，不得有結構損傷，承壓壁及閥體連接處不得有可見滲漏，殼體不得有明顯可見的液滴或表面潮濕。
-15.1.2 密封試驗
    不允許有可見泄漏通過閥瓣、閥座密封面等處（包括填料部分），并應無結構損失。在試驗持續時間內，試驗介質通過密封副的最大允許泄漏量見附表。

1、SODEZK643H-25的氣動快速關閉蝶閥                               表10

5 工藝可實現性分析

    蝶閥系統所選用的蝶閥和執行器均采用成熟生產技術和加工藝，無新的生產技術和加工工藝需要攻關。

6 總結

在市場現有產品的基礎上，對蝶閥和執行器的材料，表面處理工藝、部分零件的尺寸和局部結構等方面實行技術改進，提高蝶閥的強度、加快氣動執行器的動作時間和增大其動作輸出扭矩，滿足氣動快關蝶閥的使用要求并保證產品的可靠性和安全性。

快速響應蝶閥系統的方案正確、合理、可行。

附連接尺寸圖。

適合介質：

飲用水、污水、高純水、海水、空氣、天然氣、煤氣、水蒸氣、油品、紙漿、啤酒、粉末、藥劑等

應用場合：

電力，石油化工，天然氣，鍋爐，水處理，空調，消防，船舶，醫藥，食品，啤酒飲料，核反應堆等各個行業。

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